本文僅介紹自控系統(tǒng)的構(gòu)成、主要功能及特點(diǎn)。

　　1系統(tǒng)硬件構(gòu)成

　　基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)由西門(mén)子S5-135U PLC和OS-B41 COROS操作站，通過(guò)H1總線組成分布式控制系統(tǒng)。LTS1配有4臺(tái)PLC和3臺(tái)操作站，LTS2配有3臺(tái)PLC和3臺(tái)操作站。每臺(tái)PLC負(fù)責(zé)完成本身承擔(dān)的設(shè)備控制功能，而操作站全部是主站，每個(gè)站都能完成其他站的全部功能，互為備用。

　　2PLC承擔(dān)的主要功能

　　(1)LHF PLC主要功能：氬氣攪拌控制；鋼包運(yùn)輸車(chē)控制；測(cè)溫取樣操作控制；變壓器操作監(jiān)視；高壓設(shè)備操作監(jiān)視；液壓設(shè)備操作監(jiān)視；冷卻水監(jiān)控。

　　(2)VD PLC主要功能：氬氣攪拌控制；VD蓋車(chē)運(yùn)動(dòng)控制；真空泵系統(tǒng)操作控制；測(cè)溫取樣操作控制；喂絲操作控制；可移動(dòng)彎頭小車(chē)控制；冷卻水監(jiān)控。

　　(3)合金／熔劑添加系統(tǒng)PLC主要功能：上料系統(tǒng)操作控制；加料系統(tǒng)操作控制；真空料斗動(dòng)作控制；除塵系統(tǒng)聯(lián)鎖控制。

　　(4)TS PLC主要功能：氬氣攪拌控制；喂絲機(jī)操作控制；TS蓋車(chē)操作控制；扒渣機(jī)操作控制；測(cè)溫取樣操作控制。

　　(5)電極調(diào)節(jié)PLC主要功能：電極控制。

　　3通信模塊的應(yīng)用

　　基礎(chǔ)自動(dòng)化局域網(wǎng)采用SINEC H1總線結(jié)構(gòu)，每臺(tái)PLC配置一塊CP143模塊，操作站和編程器配置一塊CP1413模塊，這些模塊通過(guò)單口或雙口收發(fā)器上網(wǎng)。指定一臺(tái)PLC收集H1網(wǎng)上與二級(jí)計(jì)算機(jī)有關(guān)信息，通過(guò)CP544模塊與二級(jí)計(jì)算機(jī)通信。考慮到串行通信速率低，為避免瓶頸現(xiàn)象發(fā)生，CP544的一個(gè)通道專管發(fā)送，另一通道專管接收。此外，應(yīng)用專用模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)philips稱重儀、高位料倉(cāng)料位計(jì)、喂絲機(jī)PLC和測(cè)溫定氧儀的通信。所有這些串行通信的應(yīng)用，增加了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳送的******性，節(jié)約了大量信號(hào)電纜。

　　4系統(tǒng)設(shè)備和控制特點(diǎn)

　　LHF系統(tǒng)

　　80t鋼包加熱爐采用二臺(tái)鋼包車(chē)離線式布置，鋼包車(chē)用變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制精度±20mm。

　　電極直徑Φ400mm，節(jié)圓直徑Φ700mm，電極行程3000mm，調(diào)整速度80mm/s。3個(gè)電極固定在電極立柱的一個(gè)電極臂上，通過(guò)電極立柱一起升降(簡(jiǎn)稱單立柱)，整個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固，占用空間小，電極調(diào)節(jié)容易。電極調(diào)節(jié)選用ET公司產(chǎn)品ET-DEC-921數(shù)字式阻抗調(diào)節(jié)器(由S5-135U PLC控制)，由于是單立柱調(diào)節(jié)，實(shí)際電流選擇三電極電流的平均值(也可以選擇***小電流值)進(jìn)行控制。二次電壓設(shè)定由二級(jí)計(jì)算機(jī)給出，也可由人工設(shè)定。阻抗調(diào)節(jié)器(采用PID算法)輸出信號(hào)送至電液比例閥，控制電極升降。

　　變壓器選用德國(guó)SGB公司的14MVA變壓器，初級(jí)35kV，次級(jí)200～300V，10抽頭有載調(diào)壓，可過(guò)載20% 2h，******二次電流39kA，鋼水升溫速度4℃／min。大電流用德國(guó)ET公司的ROGOWSKI線圈檢測(cè)，將線圈直接安裝在變壓器次級(jí)輸出母線管上。當(dāng)電流在6A以下，線圈感應(yīng)電壓是45mV／A；在7.5～100kA時(shí)，線圈感應(yīng)電壓是從270mV開(kāi)始，以36mV/kA呈線性關(guān)系上升，測(cè)量精度足夠高。感應(yīng)電壓通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PLC，作為實(shí)際電流測(cè)量值參與調(diào)節(jié)。

　　為了降低電網(wǎng)諧波量，改善35kV母線的功率因數(shù)，系統(tǒng)配備了諧波補(bǔ)償電路。

　　2）VD系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)用一套真空泵系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)真空罐位，即雙工位。除可移動(dòng)蓋車(chē)外，增加可移動(dòng)彎頭小車(chē)、喂絲機(jī)和測(cè)溫取樣槍小車(chē)、旋轉(zhuǎn)皮帶等設(shè)備，以滿足雙工位的工藝要求。真空抽氣系統(tǒng)由4級(jí)5個(gè)泵(蒸汽噴射泵和增壓泵)組成，抽氣能力在67Pa時(shí)抽20℃的空氣能力為250kg/h，極限真空度為20～30Pa。從大氣壓到中等真空度抽氣由蒸汽噴射泵提供，到達(dá)低真空度抽氣由增壓泵提供，為縮短啟動(dòng)時(shí)間增加了啟動(dòng)泵，整個(gè)過(guò)程由PLC順序控制。蒸汽噴射泵和增壓泵所用蒸汽在噴霧冷凝器中冷卻，冷卻水流入地下密封水箱。當(dāng)檢測(cè)真空壓力小于40kPa時(shí)，啟動(dòng)PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)旁通閥門(mén)開(kāi)度，控制抽力使真空度按設(shè)定梯度下降，以防止鋼水劇烈反應(yīng)溢出。當(dāng)真空壓力小于4kPa時(shí)，關(guān)閉PID。

　　3）底吹氬氣流量控制

　　氬氣流量控制選用德國(guó)Rosemowrt Salas公司的5863型質(zhì)量流量計(jì)。該流量計(jì)既能檢測(cè)流量，又能對(duì)流量進(jìn)行PID控制，PID控制設(shè)定值由操作人員根據(jù)鋼種在操作站屏幕上用鍵盤(pán)設(shè)置。工藝要求在鋼包底部使用兩塊透氣磚，采用兩路大流量氬氣攪拌深脫硫，PLC根據(jù)吹氬總量平均分配給兩路氬氣流量控制儀，由于透氣磚易堵，PID的設(shè)定值被設(shè)計(jì)成當(dāng)一路流量逐漸減少時(shí)，另一路流量逐漸增加，吹氬總量不變。

　　二級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

　　1系統(tǒng)構(gòu)成

　　主機(jī)選用DEC公司ALPHA AXP DEC 3000／600S小型機(jī)，服務(wù)器選用INFO-SERVER1000，該系統(tǒng)以光纜集線器DEC hub90為中心組成星形通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)主要軟件有：

　　OPEN VMS／HANZI V6.0操作系統(tǒng)；

　　在OPEN VMS AXP環(huán)境下的系統(tǒng)管理軟件MSV，記錄管理軟件RMS，開(kāi)發(fā)圖形用戶界面的DEC WINDOWS MOTIF／HANZI和GUIMAN；MDV公司自行開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具包c(diǎn)ase system MODAS。

　　1應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)和功能

　　每個(gè)功能又分為若干模塊、子模塊和單元來(lái)完成該功能下特定的任務(wù)。功能、模塊、子模塊和單元的每一部分都是樹(shù)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)功能都有自己的一個(gè)子目錄，該子目錄包含該功能下的各個(gè)應(yīng)用程序。

　　3工藝模型特點(diǎn)

　　爐外精煉的工藝模型分為通用模型、LHF模型、VD模型和TS模型。通用模型主要進(jìn)行合金材料目標(biāo)值計(jì)算；LHF、VD、TS模型主要是進(jìn)行能量平衡計(jì)算，設(shè)定值計(jì)算，處理時(shí)間計(jì)算。

　　合金材料目標(biāo)值計(jì)算PGMC

　　本程序計(jì)算達(dá)到計(jì)劃鋼種成分目標(biāo)值添加的合金材料量，它由PGMCAI、PGMCOI、PGMCDS 3個(gè)子程序組成。

　　(1)合金化操作指令PGMCAI

　　本程序使用單純型法計(jì)算，以實(shí)際鋼種成分為基礎(chǔ)，確定達(dá)到要求成分的合金材料***經(jīng)濟(jì)的組合。每當(dāng)從化驗(yàn)室得到新的成分分析數(shù)據(jù)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)本程序。通過(guò)“合金化操作指令”對(duì)話，可以設(shè)定用以計(jì)算的輸入數(shù)據(jù)以及顯示計(jì)算結(jié)果。本程序計(jì)算結(jié)果為

　　.所選合金材料(材料代碼、材料說(shuō)明、每處添加重量、總重)；

　　.所選合金材料總溫度損失；

　　.所選合金材料總價(jià)；

　　.***終鋼水成分；

　　.***終鋼水重量。

　　(2)脫氧操作指令PGMCOI

　　根據(jù)鋼水中氧的實(shí)際含量和目標(biāo)值，以及鋼水溫度，通過(guò)反應(yīng)的平衡狀態(tài)計(jì)算出用于脫氧的鋁的重量。

　　(3)脫硫操作指令PGMCDS

　　計(jì)算用于脫硫和覆蓋鋼水頂渣所需的石灰和螢石的重量。

　　LHF工藝模型PL

　　本模型計(jì)算一爐鋼水的能量平衡，確定鋼水調(diào)整溫度和化學(xué)成分的設(shè)定值，計(jì)算處理時(shí)間。

　　模型總的處理過(guò)程分為準(zhǔn)備階段和調(diào)整階段，處理步驟分為加熱、脫氧、脫硫、合金化。

　　LHF的能量平衡計(jì)算公式概括為

　　鋼包內(nèi)總能量＝鋼包到達(dá)時(shí)的能量＋能量總輸入－能量總損失－測(cè)溫引起能量變化－加料引起的能量變化

　　計(jì)算時(shí)考慮下列因素的影響：

　　輸入電能；輸入電能中損失的能量；水冷爐蓋的能量損失；表面幅射的能量損失；攪拌引起的能量損失；添加材料引起的能量輸入／損失。

　　計(jì)算在程序中分為預(yù)測(cè)計(jì)算，動(dòng)態(tài)計(jì)算和非周期性計(jì)算。

　　(1)預(yù)測(cè)計(jì)算PLPC

　　預(yù)測(cè)計(jì)算的目的是提前確定在本站的處理持續(xù)時(shí)間和消耗量，用它來(lái)核實(shí)鋼的化學(xué)成分和溫度達(dá)到目標(biāo)值的可能性，以及所要求的鋼包到達(dá)連鑄機(jī)的時(shí)間。預(yù)測(cè)計(jì)算的輸入數(shù)據(jù)為各種目標(biāo)值和實(shí)際測(cè)量值。在得到測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)和以實(shí)際分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的合金化操作指令時(shí)，在鋼包到達(dá)后完成******預(yù)測(cè)計(jì)算。在測(cè)溫、有新的合金化操作指令、要求鋼包到達(dá)連鑄機(jī)時(shí)間改變、手動(dòng)啟動(dòng)等事件發(fā)生時(shí)會(huì)重新開(kāi)始預(yù)測(cè)計(jì)算。預(yù)測(cè)計(jì)算通過(guò)調(diào)用PLPCEC(能量平衡計(jì)算)、PLPCPS(過(guò)程控制設(shè)定值計(jì)算)和PLPCTT(處理時(shí)間計(jì)算)3個(gè)子程序來(lái)進(jìn)行。

　　(2)動(dòng)態(tài)計(jì)算PLDC

　　動(dòng)態(tài)計(jì)算使用來(lái)自工藝過(guò)程的周期性輸入數(shù)據(jù)，也使用一些預(yù)測(cè)計(jì)算和非周期性計(jì)算結(jié)果，周期地進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)初始計(jì)算完成時(shí)，它做第1次計(jì)算。動(dòng)態(tài)計(jì)算通過(guò)調(diào)用下列3個(gè)子程序來(lái)進(jìn)行。

　　-能量平衡計(jì)算PLDCEC

　　本程序周期性地計(jì)算一爐鋼的能量平衡，根據(jù)能量平衡計(jì)算鋼水實(shí)際溫度。

　　-剩余處理時(shí)間計(jì)算PLDCTT

　　依據(jù)能量平穩(wěn)狀態(tài)和過(guò)程目標(biāo)值，周期性計(jì)算剩余的處理時(shí)間。

　　-過(guò)程控制設(shè)定值計(jì)算PLDCPS

　　計(jì)算電壓抽頭級(jí)。

　　(3)非周期性計(jì)算PLAC

　　非周期性計(jì)算是估算某些生產(chǎn)事件發(fā)生后的工藝過(guò)程值。本程序在下列生產(chǎn)事件發(fā)生時(shí)進(jìn)行計(jì)算：定氧；測(cè)溫；接收到鋼水成分；添加合金材料；開(kāi)始人工操作。本程序完成的計(jì)算項(xiàng)目有：初始計(jì)算；取樣后鋼水成分修改；定氧后氧濃度修改；測(cè)溫后溫度修改；添加合金材料后鋼水重量修改；添加合金材料后鋼水成分修改；添加合金材料后鋼水渣量修改。非周期性計(jì)算通過(guò)調(diào)用PLACSC(初始計(jì)算)和PLACTA(溫度、成分和重量修改)兩個(gè)子程序進(jìn)行。

　　VD模型和TS模型

　　VD模型和TS模型與LHF工藝模型比較，因各工位處理過(guò)程不******相同，發(fā)生的生產(chǎn)事件和添加物料也有所不同，但模型的計(jì)算原理和方法是一樣的，這里不再重復(fù)。